ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТРЕНИЯ И ИЗНОСА МЕТОДОМ «ДИСК НА ПЛОСКОСТИ»

Переход точного машиностроения и приборостроения к широкому использованию наноразмерных структур и тонких слоев требует повышения локальности методов измерения по глубине материала. Унифицированные и общепризнанные стандарты методов измерения износостойкости и коэффициента трения слоистых структур и поверхностно-упрочненных материалов в настоящее время отсутствуют. Целью работы являлось создание универсальной машины трения, отличающейся максимально упрощенными требованиями к подготовке и геометрической форме образцов. Важным требованием, предъявляемым к установке и методу измерения, является возможность измерения коэффициента трения и определения стойкости к износу покрытий и упрочненных слоев микронной и субмикронной толщины. Вторым важным требованием является воспроизведение в эксперименте ацикличного процесса трения, максимально приближенного к реальным условиям эксплуатации узлов и деталей. Оба эти условия успешно реализуются при использовании метода «диск на плоскости». Использование метода «диск на плоскости» ведет к упрощению и повышению экспрессности измерений, минимизации используемых нагрузок на узел трения, снижению температуры трибопары, увеличению чувствительности и улучшению термостабилизации тензомоста. Разработана, изготовлена и апробирована установка для исследования процессов трения и износа различных пар материалов в условиях, близких к эксплуатационным. Апробирована конструкция измерительной консоли с низкой величиной паразитных нагрузок на тензодатчики. Создан компьютеризированный программно-аппаратный комплекс для регистрации параметров процесса трения. Разработано программное обеспечение для обработки и хранения результатов эксперимента. Программное обеспечение совместимо с современными операционными системами Windows. Формат файлов для хранения результатов измерения коэффициента трения совместим с основными графическими редакторами и допускает математическую обработку средствами Exсel. Последовательно изложены основные принципы анализа и обработки результатов. Приведены типичные результаты использования разработанной машины трения для измерения коэффициента трения и определения стойкости к износу массивных, однородных и поверхностно упрочненных материалов и сплавов с покрытиями. Показана высокая эффективность созданного комплекса оборудования при исследовании и оптимизации процессов нанесения покрытий и модификации поверхностных слоев. Работоспособность комплекса подтверждена при исследовании модифицированных слоев и покрытий микронной толщины. Установлено, что коэффициент трения и износостойкость конструкционных материалов, тонких микрокристаллических упрочняющих покрытий и наноструктурированных слоев эффективно контролируется c помощью созданного комплекса. 

1. Kenzari, S. Complex metallic alloys as new materials for additive manufacturing / S. Kenzari, D. Bonina, J.M. Dubois, V. Fournée // Sci. Technol. Adv. Mater. – 2014. – Vol. 15. – P. 1–9.

2. Totten, G.E. Surface modification and mechanisms: friction, stress and reaction engineering / G.E. Totten, H. Liang. – Marcel Dekker Inc. New York – Basel, 2004. – 940 p. ISBN 0-203-02154-10-203-02154-1 Master e-book ISBN.

3. Voyevodin, A.A. Recent Advances in Hard, Tough, and Low Friction Nanocomposite Coatings / A.A. Voyevodin, J.S. Zabinski, C. Muratore // Tsinghua Science & Technology. – 2005. – Vol. 10, no. 6. – P. 665– 679.

4. Rylyakin, E.G. Research of Hydrounits Details Wear Resistance / E.G. Rylyakin, V.I. Kostina // Contemporary Engineering Sciences. – 2015. – Vol. 8, no. 11. – P. 477–480 (in English).

5. Vekatesh, B. Wear Characteristics of Hardfacing Alloys: State-of-the-art / B. Vekatesh, K. Sriker, V.S.V. Prabhakar // Procedia Materials Science. – 2015. – Vol. 10. – P. 527–535.

6. Cavaleito, A. Nanostructured Coatings / A.Cavaleito, J.Т. De Hossou. – Berlin, Springer-Verlag, 2006.

7. Komarov, F.F. Influence of conditions employed in application of Ti–Zr–Si–N nanostructured coatings on their composition, structure, and tribomechanical properties / F.F. Komarov, V.V. Pilko, I.M. Klimovich // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2015. – Vol. 88, no. 2. – P. 358–363.

8. Sel’kin, V.P. Friction machine for testing materials under boundary lubrication / V.P. Sel’kin, S.V. Kopylov // Journal of Friction and Wear. – 2016. – Vol. 37, no. 2. – P. 184–186.

9. Grigor’ev, A.Ya. Reciprocating MTU–2KZ millitribometer / A.Ya. Grigor’ev [et al.] // Journal of Friction and Wear. – 2014. – Vol. 35, no. 6, – P. 455–459.

10. Komarov, F.F. Effect of He+ ion irradiation on structure and wear resistance of TiAlN coatings deposited by magnetron sputtering / F.F. Komarov, S.V.Konstantinov, V.V. Pilko, V.A. Kukarеko // Proceedings of 8 international conference Plasma Physics and Plasma Technology, 14– 18 September. – Minsk, 2015. – P. 297–300.